專利名稱：一款應(yīng)用于uhf頻段rfid系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別電子標(biāo)簽領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于UHF頻段、阻抗可調(diào)節(jié)的寬帶標(biāo)簽天線。
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identif ication,簡稱RFID)是一種通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸式的雙向數(shù)據(jù)通信，從而對目標(biāo)加以識別的技術(shù)。射頻識別系統(tǒng)一般由閱讀器(Reader)和電子標(biāo)簽(Tag)組成。電子標(biāo)簽由片上天線和芯片組成，通過電磁波與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有智能讀寫和加密通信功能。天線是RFID系統(tǒng)中至關(guān)重要的裝置，RFID系統(tǒng)通過射頻天線來實現(xiàn)發(fā)射、接收電磁波，從而實現(xiàn)閱讀器對電子標(biāo)簽的識別。
射頻識別系統(tǒng)主要工作在低頻、高頻、超高頻和微波頻段。低頻和高頻射頻系統(tǒng)通過電感耦合的方式完成識別，讀取距離近。而超高頻和微波射頻系統(tǒng)通過電磁波傳遞的方式完成識別，讀取距離較遠(yuǎn)。目前，國際標(biāo)準(zhǔn)推薦超高頻(Ultra High Frequency,簡稱UHF)頻段RFID設(shè)備的使用頻率是860MHz 960MHz。其中，北美使用的頻段是902MHz 928MHz，歐洲使用的頻段是865MHz 868MHz，而日本使用的頻段是952MHz 954MHz。中國信息產(chǎn)業(yè)部于2007年4月發(fā)布了 UHF頻段RFID系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)定，中國采用840MHz 845MHz和920MHz 925MHz作為UHF頻段RFID系統(tǒng)使用頻段，無線發(fā)射設(shè)備的功率規(guī)定為2W ERP。電子標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽，有源標(biāo)簽自身攜帶電池為其與閱讀器通信提供能量，而無源標(biāo)簽則通過標(biāo)簽天線接收從閱讀器發(fā)送的電磁波獲得能量激活芯片。本發(fā)明是基于無源標(biāo)簽的設(shè)計理論，以下分析本發(fā)明的技術(shù)背景及其必要性首先，中國UHF頻段的范圍為840MHz 845MHz和920MHz 925MHz，中間相差75MHz，這就對RFID系統(tǒng)的天線設(shè)計和實際應(yīng)用帶來了很大的問題。例如，當(dāng)一個在840MHz 845MHz范圍內(nèi)諧振非常理想的標(biāo)簽天線遇到一個920MHz 925MHz頻段內(nèi)工作的讀寫器或者920MHz 925MHz范圍的應(yīng)用背景時，標(biāo)簽的讀取距離會迅速減小，甚至不能讀取，這是因為兩者的應(yīng)用頻段沒有處于同一有效范圍內(nèi)。本發(fā)明所設(shè)計的天線是覆蓋840MHz 845MHz和920MHz 925MHz兩個頻段的，具有很強的頻段適應(yīng)性。其次，目前現(xiàn)有的天線設(shè)計技術(shù)，不能兼顧寬帶寬特性和阻抗可調(diào)諧特性，例如有些天線的設(shè)計方案具有很理想的帶寬性能，但是阻抗可調(diào)諧的范圍非常有限，這就限制了同一結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線針對多種不同應(yīng)用環(huán)境中的調(diào)諧價值。因此，如何解決這一設(shè)計難題就成為了本發(fā)明的研究重點。再次，因為平面天線結(jié)構(gòu)標(biāo)簽制作成本低，更適合大規(guī)模批量生產(chǎn)，所以研究平面結(jié)構(gòu)的雙頻帶標(biāo)簽天線具有很高的實際商業(yè)價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有天線在兼顧帶寬、增益和阻抗可調(diào)方面的不足，針對具體實際應(yīng)用提出一種寬帶寬、高增益的超高頻阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線。該阻抗可調(diào)諧天線具有寬帶寬、高增益等特性，平面大小為101. 8mm*22. 3mm。例如，該天線在匹配NXP超高頻射頻芯片時，形成的諧振雙頻-1OdB帶寬為834MHz 978MHz，在915MHz處的反射系數(shù)為-14dB，增益達(dá) 2. 55dBi。本發(fā)明應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線，包括介質(zhì)板和天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)在介質(zhì)板上表面，饋線加在內(nèi)部偶極子的中間位置，使內(nèi)部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)較之于外部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對諧振雙頻帶產(chǎn)生更大的影響，便于具體應(yīng)用環(huán)境中的結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有天線結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明有如下的優(yōu)點和有益效果(I)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線包含兩個近距離的偶極子和一個Π型匹配網(wǎng)絡(luò)，以輻射對稱的方式，使得電流路徑對稱，性能穩(wěn)定可靠；(2)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽內(nèi)外兩個偶極子形成兩個并列的諧振單元，將諧振雙頻調(diào)至中心頻率附近，以擴展天線的帶寬，從而使天線呈現(xiàn)出很好的寬帶特性； (3)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽結(jié)構(gòu)中含有可調(diào)節(jié)的開放型Π型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的寬度和高度，能夠使天線與阻抗從(5-j50)到(80-j400)變化的芯片達(dá)到共軛匹配；(4)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽連接內(nèi)外兩個偶極子的匹配網(wǎng)絡(luò)在Π型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)應(yīng)用需求有多種形狀(X型，橢圓形，圓形等)的改進(jìn)。(5)本發(fā)明阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽的外部偶極子具有可調(diào)諧性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用背景彎折成任意形狀，同時使標(biāo)簽天線的面積具有可調(diào)諧性。


圖1是UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線俯視圖；圖2是UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線側(cè)視圖；圖3是UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽的等效電路圖；圖4是UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線與相應(yīng)阻抗芯片匹配時的反射系數(shù)曲線圖；圖5是UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線在匹配阻抗為(14. 8_j*128)歐的芯片時，增益隨頻率變化曲線具體實施例方式本方案為覆蓋中國UHF頻段(840MHz 845MHz和920MHz 925MHz) RFID系統(tǒng)使用的超高頻射頻識別、阻抗可調(diào)諧、雙頻帶諧振的高增益標(biāo)簽天線。本發(fā)明的標(biāo)簽天線通過采用Π型匹配網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)超高頻、阻抗可調(diào)、高增益標(biāo)簽天線的設(shè)計，標(biāo)簽芯片采用NXP超高頻射頻芯片，芯片在915MHz時的阻抗為(14. 8-j*128)0hm。下面針對本發(fā)明標(biāo)簽天線并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線，標(biāo)簽結(jié)構(gòu)包含1、天線輻射體2、介質(zhì)板3、標(biāo)簽芯片。UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線俯視圖和側(cè)視圖分別如圖1和圖2所示，UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽的等效電路圖如圖3所示。本發(fā)明UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線，介質(zhì)基板采用碳?xì)浠衔锾沾苫?，相對介電常?shù)為3. 38，損耗角正切為O.0021，介質(zhì)板厚度為O. 51mm。對于超高頻射頻識別標(biāo)簽，其芯片阻抗一般是復(fù)數(shù)。為了實現(xiàn)天線與芯片之間的最大能量傳輸，需要天線的輸入阻抗和芯片阻抗共軛匹配，即實部相等、虛部相反。為了使某種結(jié)構(gòu)的天線能夠與多種市面主流的芯片共軛匹配，就要求標(biāo)簽天線輸入阻抗的實部和虛部都有一定的調(diào)節(jié)能力。對于該發(fā)明的雙頻帶標(biāo)簽天線，其屬于微帶貼片結(jié)構(gòu)，由射頻電路知識可知，通過調(diào)節(jié)Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的寬度，可以改變內(nèi)外兩個偶極子并聯(lián)電感的大小，從而調(diào)節(jié)阻抗中的電抗分量。同時內(nèi)部偶極子的電路寬度和外部偶極子的電路長度對該天線的阻抗都有較大影響，所以可以通過調(diào)節(jié)以上結(jié)構(gòu)實現(xiàn)天線與芯片的匹配。調(diào)節(jié)UHF頻段RFID阻抗可調(diào)諧標(biāo)簽天線中匹配網(wǎng)絡(luò)的高度和寬度(附圖1中Tl和T3值的大小)，可使天線的阻抗和相應(yīng)的芯片阻抗在中國UHF頻段范圍內(nèi)達(dá)到良好的匹配。本發(fā)明UHF頻段RFID系統(tǒng)雙頻帶標(biāo)簽天線的輻射面的總長度為101. 8mm,寬度為22. 3_。通過HFSS電磁仿真，天線的反射系數(shù)曲線和增益隨頻率變化曲線分別如圖4和圖 5。從圖4中可以看出，天線在915MHz附近形成了諧振雙頻；從圖5中可以看出，天線具有較大增益，能有效提高讀取距離。上述方案只是本發(fā)明的一種具體實施方式
，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況確定多種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方式，因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由該描述來限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明范圍的任何結(jié)構(gòu)修改或局部變形，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一款應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于標(biāo)簽天線包含兩個近距離的偶極子和一個Π型匹配網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于內(nèi)外兩個偶極子形成兩個并列的諧振單元，將諧振雙頻調(diào)至中心頻率附近，以擴展天線的帶寬，從而使天線呈現(xiàn)出良好的寬帶特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)中含有可調(diào)節(jié)的開放型Π型匹配網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)Π型匹配網(wǎng)絡(luò)的寬度和高度， 能夠使天線與阻抗從(50-j_50)到(80-j_400)變化的芯片達(dá)到共軛匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于連接內(nèi)外兩個偶極子的匹配網(wǎng)絡(luò)在Π型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)應(yīng)用需求有多種形狀 (X型，橢圓形，圓形等)的改進(jìn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于外部偶極子具有可調(diào)諧性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用背景彎折成任意形狀，同時使標(biāo)簽天線的面積具有可調(diào)諧性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于UHF頻段RFID系統(tǒng)的阻抗可調(diào)標(biāo)簽天線，其特征在于在內(nèi)部偶極子的中間位置連接饋線，使內(nèi)部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)較之于外部偶極子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對諧振雙頻帶產(chǎn)生更大的影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及射頻識別電子標(biāo)簽領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于UHF頻段、阻抗可調(diào)節(jié)的寬帶標(biāo)簽天線。該標(biāo)簽結(jié)構(gòu)具有超高頻射頻識別、阻抗可調(diào)諧、雙頻帶諧振、高增益等優(yōu)點。標(biāo)簽結(jié)構(gòu)包含1、天線輻射體；2、介質(zhì)板；3、標(biāo)簽芯片。天線輻射體包含兩個近距離的偶極子和一個∏型匹配網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)∏型匹配網(wǎng)絡(luò)的高度和寬度來匹配阻抗從(5-j50)到(80-j400)變化的芯片，使之在中國UHF頻段范圍內(nèi)能實現(xiàn)良好的共軛匹配。
文檔編號H01Q1/36GK103022649SQ20131001146
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者李秀萍, 馬雪麗 申請人:北京郵電大學(xué)